1.7. Типы внедрения струй

Часто наблюдается прибрежный тип внедрения, наиболее близкий к природному явлению. Внедрение под уровень существует в природе (ключи, грифоны), но практически не изучено. Искусственное внедрение струи под уровень воды осуществляется в виде сосредоточенных струй (одиночный или распределяющий выпуски) или раздробленных струй со дна реки (рассеивающий выпуск).
 
Прибрежное внедрение (рис. 1.13).
При внедрении струи в реку имеет важное значение ширина фронта внедрения струи. Её следует определять по реальной ширине притока в устье и углу внедрения. Учёт скорости струи водотока, которая примыкает к внедрённой и  повышает скорость внедрённой струи, следовало бы определять для границы между струями, как показано на рис. 1.14. Но это практически не осуществимо. Приближённое значение скорости принимается средним на вертикали, отстоящей от уреза воды на  ширину струи h^b. Скорость придонного вихревого слоя не следует учитывать.

Рис. 1.13. Прибрежное внедрение притока в речной водоток: 1 --- река, 2 --- приток, 3 --- ось притока, 4 -- область внедрения, 5 и 6 --- водоворотная вода; ΔX- шаг процесса; ΔZ- ширина определяющей струи;  α- угол внедрения; b - ширина притока

Рис. 1.14. Определяющая и внедрённая струи: A --- граница струи; b - ширина внедрённой струи по верху, м; h - глубина внедрённой струи, м; l - контур примыкания, м; V^г - пограничная скорость водотока (истинное положение скорости струи водотока, граничащей со струёй внедрения), м/с; h^b - глубина на расстоянии b от берега, м
 
Энергия струи состоит из статической и динамической энергии. Статическая энергия определяется глубиной воды и уровнем положения дна. Глубина притока обычно много меньше средней глубины воды в реке. Примыкание при уровнях поверхности воды, одинаковых для реки и струи, нейтрализует статическую энергию струи. Динамическая энергия теряется, главным образом, на преодоление местных сопротивлений (поворот, формирование сечения). Так как шаг равен расстоянию движения струи, на котором энергия её уменьшается в два раза, то увеличение ширины притока усиливает воздействие притока на реку.
Для определения шага процесса при береговом внедрении применяется формула  (1.4) в развёрнутом виде:

где U - скорость течения в струе при внедрении, м/с; V^г - скорость в реке на границе струи, м/с; 0,85 - константа, относительная  средняя скорость за время уменьшения квадрата начальной скорости в два раза; значения ΔX, b и α даны на рис. 1.13.
 
Внедрение под уровень. Рассмотрим два вида струй. Обычно применяется одноструйное решение, показанное на рис. 1.15, А. 

Струйному методу соответствует более энергетически выгодная конструкция струй, изображённая на рис. 1.15, В. С каждой стороны насадки повторяется принцип  берегового внедрения, не требующий дополнительных затрат энергии. При погружённом выпуске можно создавать более высокую  скорость истечения, чем при береговом выпуске, что сокращает остаток струи в расчётном створе. 

Рис. 1.15. Внутриводные струи от одноструйной (A) и двуструйной (B) насадок: d - расчётный диаметр струи; a-а - сечение объединенной струи; разделённое турбулентно диффузным ограждением, одна струя закрашена; ΔX - шаг процесса; с --- участок с неизменной скоростью движения
 
Для определения шага процесса при сосредоточенном внедрении струи под уровень воды в реке применяется формула (1.4) в развёрнутом виде

где d - диаметр выпускного отверстия, м, V^cp - средняя скорость в месте расположения насадки, м/с; 0,85 --- константа, относительная  средняя скорость за время уменьшения квадрата начальной скорости в два раза; U_o - скорость истечения, не превышающая скорости отрыва струи, м/с. Для случаев истечения выше скорости отрыва решение отсутствует в связи с образованием гидравлической тени между струями.
Для двухструйной насадки и для истечения под уровень с берега применяем формулу, учитывающую разницу в диаметре струи насадка и радиусе объединённой струи [12, c. 46]:

Внедрение под уровень рассредоточенное обычно имеет расчётную схему, показанную на рис. 1.16.

Рис. 1.16.  Рассредоточенный выпуск. Расчётная схема: B- ширина реки, h- глубина реки, P- рабочая часть, U- холостая часть, l- расстояние между насадками, k- количество насадок. Заштрихована доля площади сечения реки, приходящаяся на одну насадку

Для определения шага процесса при рассредоточенном внедрении струи под уровень воды в реке для одной струи, находящейся в наиболее невыгодном положении, применяется формула (1.20).
В проектных расчётах рекомендуем соблюдать условие отсутствия гидравлической тени между насадками на расчётном расстоянии. Это обеспечивается методом подбора путём изменения количества насадок и расчёта расстояния между ними.
 
Для расчёта расстояния между насадками рекомендуем формулу

где Q⁽²⁾ - расход струи сточных вод;B - ширина водотока;  Q⁽¹⁾ - расход реки выше места внедрения; k - количество насадок; d - начальный диаметр струи.
 
Внедрение под уровень рассеивающее. Это устройство обеспечивает создание множества мелких струй у дна реки. Решение энергетическим методом пока отсутствует